Unser Umweltbewusstsein ist gewachsen und damit die Suche und Nutzung
von Energiequellen, die möglichst wenig oder gar keine Schadstoffe abgeben
und deren Vorräte unbegrenzt und erneuerbar sind. Die Solarenergie erfüllt
diese Voraussetzungen. Neben dem Energiespareffekt leistet jede Solaranlage einen wichtigen Beitrag zur Entlastung
unserer Umwelt.
Zur Zeit kann die Solarenergie auf drei verschiedene Arten genutzt werden:
- Sonnenkollektoren:
Bei den Sonnenkollektoren wird die Sonneneinstrahlung direkt in Wärme
umgewandelt.
- Photovoltaik:
Über Solarzellen wird die Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt.
- Wärmepumpe:
Die durch die Sonne erwärmte Umwelt (Boden, Luft oder Wasser) wird durch
die Wärmepumpe für Warmwasser oder Heizung genutzt.
Sonnenkollektoren:
Die Zeiten, in denen die Nutzung von Sonnenkollektoren eine Sache für
Tüftler und Idealisten war, ist Vergangenheit. Durch moderne Technologien
und effektive Konstruktionen sind Sonnenkollektoren heute für jeden
interessant. Auch die klimatischen Voraussetzungen in unseren Breiten bei
einer durchschnittlichen Sonnenscheindauer von 1.300 - 1.900 Stunden pro
Jahr, macht die Nutzung von Sonnenenergie möglich (ein Jahr zählt
insgesamt 8.760 Stunden).
Kriterien der Sonnenenergienutzung:
Die Wirkung von Sonnenkollektoren hängt von zahlreichen Faktoren ab:
1. Jahreszeit:
Im Sommerhalbjahr ist die eingestrahlte Sonnenenergie besonders hoch, so
dass in dieser Zeit das Trinkwasser, je nach Kollektorfläche und Auslegung
des Warmwasserspeichers, fast ausschließlich von der Sonne erwärmt wird.
Trotz niedrigerem Energieangebot kann die Sonne auch im Winter einen
Beitrag zur Wassererwärmung leisten. Bereits 1.300 Sonnenscheinstunden pro
Jahr können bei einem optimal abgestimmten Solarsystem 60% des
Energiebedarfs für die Trinkwassererwärmung decken.
2. Himmelsrichtung:
Der größte Teil der Sonnenenergie strahlt von Süden ein. Das beste Ergebnis
wird deshalb erreicht, wenn die Sonnenkollektoren nach Süden gerichtet.
3. Neigung:
Die beste Ausnutzung eines Sonnenkollektors wird erreicht, wenn die
Sonneneinstrahlung im rechten Winkel auftrifft. Zur Nutzung der
Sommersonne empfiehlt sich daher eine relativ flache Anordnung, für den
Winter wäre eine steilere Montage günstiger. Um ganzjährig ein gutes
Ergebnis zu erzielen, sollten Sonnenkollektoren auf einem Neigungswinkel
von 35 bis 45 Grad ausgerichtet sein.
4. Wirkungsgrad:
Bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme kann ein Teil der Energie
über die Glasabdeckung oder die Seitenwände des Kollektors verlorengehen.
Je besser also die Isolierung des Kollektors, desto besser der Wirkungsgrad.
Verschiedene Arten von Sonneneinstrahlung:
- direkte Strahlung:
Direkte Strahlung (schattenwerfend) trifft ohne Streuung durch Bestandteile
der Erdatmosphäre auf eine Fläche.
- diffuse Strahlung:
Durch Streuung (Nebel, Dunst, Wolken) entsteht diffuse / indirekte Strahlung.
Sie trifft ungerichtet auf eine Fläche.
Reflektierte Strahlung:
Die Umgebung jedes Hauses reflektiert Sonnenstrahlen, die auch zum Teil
auf die Sonnenkollektorfläche treffen
- Global- oder Gesamtstrahlung:
Die Summe aller durch Sonne und Himmel erzeugte Bestrahlung (direkte-,
diffuse- und reflektierte Strahlung) auf eine horizontale Ebene.
Die Globalstrahlung erreicht in der Bundesrepublik Deutschland bei
wolkenlosem Himmel etwa 1.000 W/m², bei wolkigem Wetter sinkt sie auf etwa
80-100 W/m². In Südeuropa liegen die Werte um 50-75 % höher.
Funktionsprinzip bei der Trinkwassererwärmung:
Die Umsetzung der Sonnenstrahlen zur Trinkwassererwärmung erfolgt über
Sonnenkollektoren. Bei den Sonnenkollektoren unterscheidet man zwischen
Flachkollektoren und Röhrenkollektoren, die sich in Aufbau und
Funktionsweise unterscheiden. Sonnenkollektoren bestehen in der Regel aus
einem mit einem Wärmeträger gefüllten Absorber in einem wetterfesten und
wärmegedämmten Gehäuse. Der Absorber ist eine Metall- oder
Kunststoffplatte mit integriertem Strömungskanal für den Wärmeträger (ein
frostsicheres und lebensmittelunbedenkliches Fluid).
Die schwarze Oberfläche absorbiert die kurzwellige Sonnenstrahlung und
setzt sie in Wärme um, die sofort in den Wärmeträger abfließt. Die der Sonne
zugewandte Seite ist mit einer transparenten Glas- oder Acrylabdeckung
versehen, die die kurzwellige Sonnenstrahlung zwar ungehindert hindurch,
die langwellige Wärmestrahlung des Absorbers jedoch nicht wieder hinaus
lässt (Treibhauseffekt).
Mittels einer Pumpe wird der Wärmeträger innerhalb eines geschlossenen Kreislaufes zum Wärmetauscher transportiert. Über den Wärmetauscher, der
sich im Warmwasserspeicher befindet, wird die Wärme an das Trinkwasser abgegeben. Die Kapazität des Warmwasserspeichers sollte so ausgelegt sein, dass die naturgemäßen Schwankungen der Sonnenenergie überbrückt werden
können.
Folgende Richtwerte werden bei der Dimensionierung von
Solaranlagen
für die Warmwasserbereitung zu Grunde gelegt:
- Kollektorfläche: 1,5 bis 2 Quadratmeter pro Person
- Speichergröße: 50 bis 70 l pro Quadratmeter Kollektorfläche
Heizungsunterstützung:
Sonnenkollektoren dienen nicht nur der Trinkwassererwärmung sondern
können auch die Heizung unterstützen. In Neubauten mit sinkendem
Wärmebedarf und zunehmend niedrigeren Heizkreistemperaturen (z. B.
Fußbodenheizung) steigen die Einsatzmöglichkeiten der solaren
Heizungsunterstützung. Bei der Dimensionierung der Kollektorfläche muß
beachtet werden, daß das Sonnenenergieangebot versetzt zur
Heizwärmenachfrage erfolgt. Deshalb muß die Kollektorfläche größer sein als
bei einer reinen Trinkwassererwärmungsanlage. Zu Dimensionierungsfragen
gibt Ihnen Ihr Heizungsfachmann gerne detaillierte Auskünfte.
Wird eine Trinkwassererwärmungsanlage mit einer Heizungsunterstützung
kombiniert, benötigt man einen speziellen Speicher. Hier bietet sich entweder
eine Zwei-Speicher-Anlage (sog. bivalente Speicher und Pufferspeicher) oder
die platzsparende Variante mit einem Kombi-Speicher (kombinierter Puffer und
Trinkwasser-Speicher) an.
Energie-Leistung bei Photovoltaik und Solarthermie:
Mit Photovoltaik produziert man Strom. Die Teile, die Sonnenlicht in
Sonnenstrom umwandeln, heißen Solarzellen, Solarmodule oder
Solargeneratoren. Mit Solarthermie produziert man Wärme, z.B. für Wasser oder Luft. Die Teile, die Sonnenstrahlung in Warmwasser oder -luft umwandeln heißen
Kollektoren. Die maximale Strahlungsleistung der Sonne auf einen Quadratmeter Erde (in Mitteleuropa) beträgt ca. 1000 Watt (W). Die Leistung von Solargeneratoren (SG) ist in "Wp" oder "kWp" angegeben: "p" steht für "peak" = "Spitze" (englisch).
Bei der Sonnenstrahlung von 1000 W liefert ein Solargenerator mit einer
Leistung von 100 Wp genau 100 W: Übliche Solarmodule wandeln die
Strahlungsleistung mit einem Wirkungsgrad von ca. 10% in Strom um. 1 qm
PV-Modul gibt also maximal 100 Watt Solarstrom ab.
Gebräuchliche Kollektoren wandeln die Strahlung der Sonne mit einem
Wirkungsgrad von ca. 50% in Wärme um: 1 qm Kollektoren produzieren also.
maximal knapp 500 Watt (W) Wärmeleistung.
Energie ist das Produkt (Integral) aus Leistung und Zeit: 1000 Watt
Sonnenstrahlung eine Stunde lang ergibt 1000 Wattstunden (Wh) = eine
Kilowattstunde (kWh) Sonnenenergie.
Mit jedem Kilowatt (kW) Solarkollektor oder einer Fläche von 2 qm lassen
sich pro Jahr bei uns ca. 1000 Kilowattstunden (kWh) Sonnenwärme
gewinnen. Mit jedem kW Solargenerator oder einer Fläche von 10 qm lassen
sich bei uns pro Jahr ca. 1000 kWh Solarstrom gewinnen.
Förderprogramme erleichtern den Einstieg:
Sonnenkollektoren:
Fast alle Landesregierungen bieten derzeit Förderzuschüsse für den Einbau
einer Solaranlage an, zumeist in Form eines pauschalen oder anteiligen
Zuschusses.
(Christian Haase - Heizungsprofi24)
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